專利名稱：搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵路養(yǎng)護(hù)中軌道參數(shù)測(cè)量裝置，特別是一種搗固車光電測(cè)量系統(tǒng) 及方法。
背景技術(shù)：
隨著鐵路六次大提速后，鐵路線路質(zhì)量的要求大大提高，靠人工檢測(cè)和維護(hù)線路 質(zhì)量已經(jīng)不可能。必須采用大型養(yǎng)路機(jī)械-搗固車對(duì)線路進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和維護(hù)，搗固車是 能夠同時(shí)檢測(cè)與修復(fù)鐵軌線路參數(shù)的專用車輛，其核心是對(duì)鐵軌線路參數(shù)的測(cè)量，其測(cè)量 的精度直接關(guān)系到搗固車的性能和搗固作業(yè)質(zhì)量。搗固車對(duì)軌道參數(shù)的測(cè)量方法通常是采 用傳統(tǒng)的鋼絲弦測(cè)法，該方法是在搗固車從前到后依次設(shè)置檢測(cè)小車D、C、B和A，在前、后 檢測(cè)小車D和A之間張緊一根鋼絲作為弦線，在B、C檢測(cè)小車上裝有位移傳感器，用來(lái)測(cè)量 鋼絲至鐵軌的距離，弦線位于軌道中心線上，故搗固車在圓曲線上時(shí)，就能測(cè)出C、B兩檢測(cè) 小車在圓曲線上兩點(diǎn)間的矢距。但是，這樣的鋼絲弦測(cè)法由于受到鋼絲本身的質(zhì)量與張力 等因素的限制，存在測(cè)量精度低，鋼絲易磨損，抗振動(dòng)環(huán)境差，維護(hù)較困難等缺點(diǎn)，已不能適 應(yīng)高速鐵路的發(fā)展要求。為了解決傳統(tǒng)的鋼絲弦測(cè)法存在的問(wèn)題，目前已有在搗固車上設(shè)置光電測(cè)試裝置 來(lái)檢測(cè)鐵軌線路參數(shù)的方法，如申請(qǐng)?zhí)枮?00810052352. 6、申請(qǐng)人為天津市開希機(jī)器視覺(jué) 技術(shù)有限公司、名稱為用于搗固車的鐵路線路參數(shù)光電測(cè)試裝置及其檢測(cè)方法的發(fā)明專利 申請(qǐng)，公開了一種光電測(cè)試裝置，由固態(tài)光電接收裝置和照明光源組成，作業(yè)區(qū)設(shè)有前、中、 后、終點(diǎn)四部測(cè)量小車，中部測(cè)量小車安裝有固態(tài)光電接收裝置，前部測(cè)量小車中部、后部 測(cè)量小車左右兩側(cè)及終點(diǎn)測(cè)量小車中部作為四個(gè)測(cè)量位均安裝照明光源，固態(tài)光電接收裝 置由四個(gè)光學(xué)成像透鏡組、四個(gè)CCD電荷耦合器件和相應(yīng)的處理電路板組成，且每?jī)蓚€(gè)光 學(xué)透鏡組和兩個(gè)CCD器件形成獨(dú)立的光電系統(tǒng)，前光電系統(tǒng)接收前部測(cè)量位的照明光源發(fā) 出的光線，后光電系統(tǒng)接收后部測(cè)量位左右兩個(gè)照明光源(及終點(diǎn)測(cè)量位照明光源)發(fā)出 的光線，兩個(gè)光電系統(tǒng)分別將成像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送至計(jì)算機(jī)處理，最終計(jì)算出線路的方向、 線路的縱平和作業(yè)后線路的超高等參數(shù)。但是搗固車在工作過(guò)程中總會(huì)發(fā)生振動(dòng)而導(dǎo)致固 態(tài)光電接收裝置隨之發(fā)生振動(dòng)，由于固態(tài)光電接收裝置是前后兩個(gè)獨(dú)立的光電系統(tǒng)分別接 收前部和后部設(shè)置的照明光源的信號(hào)，并分別將各自得到的圖像數(shù)據(jù)送至計(jì)算機(jī)處理，如 當(dāng)某測(cè)量位因?yàn)殡S搗固車振動(dòng)而發(fā)生位置偏移時(shí)，即此處的照明光源當(dāng)前位置相比原有位 置存在偏差(如左右偏差或上下偏差)，這樣光電系統(tǒng)拍攝得到的照明光源的成像位置會(huì) 發(fā)生改變，將圖像數(shù)據(jù)輸送至計(jì)算機(jī)處理后，導(dǎo)致計(jì)算得出的線路的方向、線路的縱平和作 業(yè)后線路的超高等參數(shù)都會(huì)存在很大誤差，故降低了測(cè)量精度，無(wú)法滿足搗固車現(xiàn)場(chǎng)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)在檢測(cè)與修復(fù)鐵軌線路參數(shù)時(shí)搗固車采用傳統(tǒng)的鋼絲弦測(cè)法存在測(cè) 量精度低，鋼絲易磨損，抗振動(dòng)環(huán)境差，維護(hù)較困難，而現(xiàn)有的在搗固車上設(shè)置光電測(cè)試裝置來(lái)檢測(cè)鐵軌線路參數(shù)的方法，由于振動(dòng)引發(fā)測(cè)量位偏移而導(dǎo)致測(cè)量參數(shù)有誤差從而降低 測(cè)量精度問(wèn)題，提供一種新型搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)及方法，能夠更好地適應(yīng)搗固車現(xiàn)場(chǎng)要 求，提高測(cè)量精度。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)，包括前、中、后三部測(cè)量小車，還包括光學(xué)成像透鏡、 CCD相機(jī)和照明光源，所述光學(xué)成像透鏡和CCD相機(jī)均設(shè)置于中部測(cè)量小車中，所述照明 光源為三個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)光源，分別設(shè)置于前部測(cè)量小車的前方及后部測(cè)量小車后方的左右兩 側(cè)；所述CXD相機(jī)呈2*2前后并排排列，每臺(tái)CXD相機(jī)前端均設(shè)置有一個(gè)光學(xué)成像透鏡，前 排CCD相機(jī)采集前部測(cè)量小車的前方的照明光源的信號(hào)，后排CCD相機(jī)采集后部測(cè)量小車 后方的左右兩側(cè)的照明光源的信號(hào)，其特征在于，還包括嵌入式處理平臺(tái)和信號(hào)電纜，所述 CCD相機(jī)均通過(guò)信號(hào)電纜與嵌入式處理平臺(tái)相連，所述信號(hào)線纜中含有保證四臺(tái)CCD相機(jī) 在同一時(shí)刻開始拍攝圖像的同步信號(hào)線，所述嵌入式處理平臺(tái)通過(guò)信號(hào)線纜發(fā)出四臺(tái)CCD 相機(jī)同步采圖信號(hào)，所述四臺(tái)CCD相機(jī)將同步拍攝的照明光源對(duì)應(yīng)的光學(xué)成像透鏡成像后 的圖像數(shù)據(jù)一起發(fā)送到嵌入式處理平臺(tái)中進(jìn)行耦合分析，計(jì)算出鐵軌線路的幾何位置。所述計(jì)算鐵軌線路的幾何位置包括計(jì)算各照明光源相對(duì)中部測(cè)量小車的位置，組 合各照明光源間的相對(duì)位置變化，對(duì)計(jì)算出的照明光源位置進(jìn)行補(bǔ)償修正，從而計(jì)算出軌 道的曲率和高度差以得到鐵軌線路參數(shù)，所述鐵軌線路參數(shù)包括線路的方向、線路的縱平 和作業(yè)后線路的超高。還包括終部測(cè)量小車，所述照明光源還包括設(shè)置于終部測(cè)量小車的后方的第四個(gè) 遠(yuǎn)端點(diǎn)光源，后排CCD相機(jī)還同步采集該第四個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)光源的信號(hào)。所述照明光源為激光光源。所述CCD相機(jī)采用數(shù)字輸出式線陣CCD相機(jī)。所述CCD相機(jī)具有可根據(jù)外部命令控制拍攝時(shí)刻的外觸發(fā)模式。所述光學(xué)成像透鏡包括標(biāo)準(zhǔn)成像鏡頭和柱透鏡，所述柱透鏡先將接收到的照明光 源的光錐面匯聚成一條線，標(biāo)準(zhǔn)成像鏡頭再將線聚焦到并排排列且相互傾斜45度的CCD相 機(jī)的靶面上。還包括獨(dú)立的用于實(shí)現(xiàn)與火車主電源隔離和濾波的二次電源模塊。還包括前后電子擺，前電子擺與前部測(cè)量小車的前方的照明光源在同一位置，后 電子擺與后部測(cè)量小車后方的左右兩側(cè)的照明光源的中間，嵌入式處理平臺(tái)通過(guò)信號(hào)線 纜發(fā)出四臺(tái)CCD相機(jī)同步采圖信號(hào)的同時(shí)，同步采集前后電子擺的數(shù)據(jù)和測(cè)量小車位移數(shù) 據(jù)，組合所有的數(shù)據(jù)計(jì)算照明光源所在位置的軌道參數(shù)，并通過(guò)太網(wǎng)接口向搗固車主控系 統(tǒng)發(fā)送計(jì)算結(jié)果。一種搗固車光電測(cè)量方法，將四臺(tái)CXD相機(jī)和各自前端對(duì)應(yīng)的光學(xué)成像透鏡設(shè)置 于中部測(cè)量小車上，將照明光源分別設(shè)置于前部測(cè)量小車的前方及后部測(cè)量小車后方的左 右兩側(cè)，前排的兩臺(tái)CCD相機(jī)采集前部測(cè)量小車的前方的照明光源的信號(hào)，后排的兩臺(tái)CCD 相機(jī)采集后部測(cè)量小車后方的左右兩側(cè)的照明光源的信號(hào)，其特征在于，通過(guò)嵌入式處理 平臺(tái)經(jīng)信號(hào)線纜發(fā)出四臺(tái)CCD相機(jī)同步采圖信號(hào)，然后四臺(tái)CCD相機(jī)將同步拍攝的照明光 源對(duì)應(yīng)的光學(xué)成像透鏡成像后的圖像數(shù)據(jù)一起發(fā)送到嵌入式處理平臺(tái)中進(jìn)行耦合分析，計(jì) 算出鐵軌線路的幾何位置。
在測(cè)量之前還包括初始步驟，所述初始步驟為嵌入式處理系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)接口接 收搗固車主控系統(tǒng)發(fā)出的指令，完成對(duì)CCD相機(jī)、照明光源、電源配置，以及軌道參數(shù)初始 化工作以準(zhǔn)備好進(jìn)行圖像采集和處理。在前部測(cè)量小車的前方的照明光源處設(shè)置前電子擺，在后部測(cè)量小車后方的左右 兩側(cè)的照明光源的中間處設(shè)置后電子擺；所述初始步驟之后嵌入式處理平臺(tái)還發(fā)出同步工 作命令，在四臺(tái)CCD相機(jī)同步采集各照明光源圖像的同時(shí)嵌入式處理平臺(tái)還采集前后電子 擺和測(cè)量小車位置數(shù)據(jù)。嵌入式處理平臺(tái)進(jìn)行耦合分析包括計(jì)算各照明光源相對(duì)中部測(cè)量小車的位置，組 合各照明光源間的相對(duì)位置變化，對(duì)計(jì)算出的照明光源位置進(jìn)行補(bǔ)償修正，及計(jì)算出中部 測(cè)量小車所在位置處鐵軌的正矢和超高。還包括終部測(cè)量小車，所述照明光源還包括設(shè)置于終部測(cè)量小車的后方的第四個(gè) 遠(yuǎn)端點(diǎn)光源，后排CCD相機(jī)還同步采集該第四個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)光源的信號(hào)。本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明涉及的搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)，包括光學(xué)成像透鏡、C⑶相機(jī)、照明光源、嵌入 式處理平臺(tái)和信號(hào)電纜，嵌入式處理平臺(tái)通過(guò)信號(hào)線纜發(fā)出四臺(tái)CCD相機(jī)同步采圖信號(hào)， 四臺(tái)CCD相機(jī)同步拍攝各自對(duì)應(yīng)的照明光源經(jīng)光學(xué)成像透鏡成像后的圖像，并將圖像結(jié)果 統(tǒng)一發(fā)送到嵌入式處理平臺(tái)中耦合在一起分析，即在計(jì)算某測(cè)量位的相對(duì)位置時(shí)，也會(huì)受 到所有已采集到的其它測(cè)量位的參與，故在計(jì)算時(shí)能夠抵消由于振動(dòng)引發(fā)的測(cè)量位偏移， 減少測(cè)量參數(shù)的誤差，可以更好地適應(yīng)鐵路搗固車現(xiàn)場(chǎng)要求，由于該系統(tǒng)并非將前后兩個(gè) 獨(dú)立的光電系統(tǒng)發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)單獨(dú)分析，故即使搗固車在工作過(guò)程中會(huì)發(fā)生振動(dòng)，該系 統(tǒng)能夠精確計(jì)算得出的線路的方向、線路的縱平和作業(yè)后線路的超高等參數(shù)。采用光電原 理測(cè)量軌道縱平和橫平參數(shù)，可替代原鋼絲弦線的軌道參數(shù)測(cè)量裝置，避免了傳統(tǒng)的鋼絲 弦測(cè)法存在測(cè)量精度低，鋼絲易磨損，抗振動(dòng)環(huán)境差，維護(hù)較困難的問(wèn)題，又避免了采用每 兩個(gè)光學(xué)透鏡組和兩個(gè)CXD器件形成獨(dú)立的光電系統(tǒng)測(cè)量造成的測(cè)量精度低的問(wèn)題，本發(fā) 明的該系統(tǒng)提高了測(cè)量精度，可以滿足搗固車現(xiàn)場(chǎng)要求。設(shè)置第四個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)光源，使得該系統(tǒng)能夠進(jìn)行四點(diǎn)法測(cè)量，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)三點(diǎn) 法和四點(diǎn)法轉(zhuǎn)換。設(shè)置獨(dú)立的二次電源模塊，實(shí)現(xiàn)與火車主電源隔離和濾波。降低主電源由于發(fā)動(dòng) 機(jī)狀態(tài)變化引起的電源波動(dòng)和電磁干擾，可以保護(hù)測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)各電氣模塊。本發(fā)明涉及的搗固車光電測(cè)量方法，通過(guò)嵌入式處理平臺(tái)經(jīng)信號(hào)線纜發(fā)出四臺(tái) CCD相機(jī)同步采圖信號(hào)，然后四臺(tái)CCD相機(jī)將同步拍攝的照明光源對(duì)應(yīng)的光學(xué)成像透鏡成 像后的圖像數(shù)據(jù)一起發(fā)送到嵌入式處理平臺(tái)中進(jìn)行耦合分析，計(jì)算出鐵軌線路的幾何位 置，提高了測(cè)量精度，很大程度上減少誤差。


圖1為本發(fā)明搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)實(shí)施例一俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明優(yōu)選的搗固車光電測(cè)量方法的流程圖。圖4為BD段鐵軌正矢r計(jì)算原理圖。
圖5為中部測(cè)量小車超高h(yuǎn)計(jì)算原理圖。圖中各標(biāo)號(hào)列示如下1-鐵軌；2-終部測(cè)量小車；3-后部測(cè)量小車；4-中部測(cè)量小車；5-前部測(cè)量小車； 6_測(cè)量模組；7-CCD相機(jī)；8-CCD相機(jī)；9-CCD相機(jī)；10-CCD相機(jī)；11-鏡頭；12-鏡頭；13-鏡 頭；14-鏡頭；15-嵌入式處理平臺(tái)；16-信號(hào)電纜；17-以太網(wǎng)口 ；18-前電子擺；19-后電子擺。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。圖1為本發(fā)明搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)實(shí)施例一俯視結(jié)構(gòu)示意圖，包括隨搗固車在鐵 軌1上一起運(yùn)動(dòng)的四個(gè)測(cè)量小車，即終部測(cè)量小車2、后部測(cè)量小車3、中部測(cè)量小車4及前 部測(cè)量小車5，在測(cè)量小車2、3、5上依次設(shè)置四個(gè)測(cè)量點(diǎn)A、B1、B2、D，在測(cè)量點(diǎn)處分別設(shè)置 有照明光源，該光源為遠(yuǎn)程點(diǎn)光源，照明光源提供用于測(cè)量的高亮度可控光源，是測(cè)量的基 準(zhǔn)點(diǎn)，可采用光點(diǎn)小、亮度高的激光光源，其中照明光源A和D位于鐵軌斷面的中線上，照明 光源Bl和B2以鐵軌中線左右對(duì)稱，間隔600毫米放置。A、Bl和B2位于搗固車測(cè)量小車 后方，D位于搗固車測(cè)量小車前方。此外，照明光源可通過(guò)嵌入式處理平臺(tái)15遠(yuǎn)程控制實(shí) 現(xiàn)三點(diǎn)法(B1、B2、D)和四點(diǎn)法(A、B1、B2、D)轉(zhuǎn)換。測(cè)量模組6設(shè)置在中部測(cè)量小車4上，用于收集照明光源發(fā)出的光線角度，計(jì)算出 照明光源相對(duì)于測(cè)量點(diǎn)的位置信息，是測(cè)量的核心部件。測(cè)量模組6包括光學(xué)成像透鏡、 CXD相機(jī)和嵌入式處理平臺(tái)，其中，光學(xué)成像透鏡和CXD相機(jī)均設(shè)置有四個(gè)，每臺(tái)CXD相機(jī) 前端均設(shè)置有一個(gè)光學(xué)成像透鏡，四個(gè)CXD相機(jī)呈2*2陣列前后并排排列，前排兩臺(tái)CXD相 機(jī)采集前部測(cè)量小車5的前方的照明光源(即D處)的信號(hào)，后排兩臺(tái)CCD相機(jī)采集后部 測(cè)量小車3后方的左右兩側(cè)(即Bl和B2處)的照明光源的信號(hào)，四臺(tái)CCD相機(jī)在嵌入式 處理平臺(tái)的控制下同步拍攝照明光源對(duì)應(yīng)的光學(xué)成像透鏡成像后的圖像，并各自得到的圖 像數(shù)據(jù)一起發(fā)送到嵌入式處理平臺(tái)中進(jìn)行耦合分析，計(jì)算出照明光源的精確位置，從而計(jì) 算出軌道的曲率和高度差以得到鐵軌線路的方向、縱平和作業(yè)后線路的超高等鐵軌線路參 數(shù)，可以更好地適應(yīng)鐵路搗固車現(xiàn)場(chǎng)要求，提高測(cè)量精度。圖2為本發(fā)明搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖，該測(cè)量系統(tǒng)包括四個(gè) 遠(yuǎn)端點(diǎn)照明光源A、B1、B2、D，設(shè)置在中部測(cè)量小車4上的測(cè)量模組6可隨搗固車一起運(yùn)動(dòng)， 也可以相對(duì)搗固車前后移動(dòng)，包括四臺(tái)帶鏡頭的CCD相機(jī)、嵌入式處理平臺(tái)15、信號(hào)線纜 16、以太網(wǎng)接口 17，其中，四臺(tái)帶鏡頭的CXD相機(jī)為C⑶相機(jī)7-10及各自對(duì)應(yīng)的鏡頭11-14， 該CXD相機(jī)優(yōu)選采用數(shù)字輸出式線陣CXD相機(jī)，圖像數(shù)據(jù)通過(guò)高速通道輸入嵌入式處理平 臺(tái)處理，CCD相機(jī)具有外觸發(fā)模式，可根據(jù)外部命令控制拍攝時(shí)刻。使用相互傾斜45度放 置的CXD相機(jī)7、8拍攝照明光源D，另兩臺(tái)CXD相機(jī)9、10也是相互傾斜45度放置用于拍攝 照明光源A、B1、B2，通過(guò)四臺(tái)線陣CXD相機(jī)實(shí)時(shí)采集由照明光源D、B和A生成的圖像，計(jì)算 A、B1、B2、D相對(duì)于中部測(cè)量小車(或C處)的精確位置，進(jìn)而計(jì)算出C處位置軌道的曲率、 高度差等重要參數(shù)。在計(jì)算某測(cè)量位的相對(duì)位置時(shí)，也會(huì)受到所有已采集到的其它測(cè)量位 的參與假設(shè)由于搗固車的振動(dòng)D點(diǎn)發(fā)生偏移，如高度方向存在向下偏差時(shí)，此時(shí)A、Bi、B2 點(diǎn)高度方向相應(yīng)抬高，則在計(jì)算時(shí)會(huì)通過(guò)對(duì)A、Bi、B2高度方向的位置差來(lái)修正D點(diǎn)高度方向的偏差，故在計(jì)算時(shí)能夠抵消由于振動(dòng)引發(fā)的測(cè)量位偏移，減少測(cè)量參數(shù)的誤差，可以更 好地適應(yīng)鐵路搗固車現(xiàn)場(chǎng)要求。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速采集，照明光源可以通過(guò)光學(xué)成像透鏡如 柱透鏡配合線陣CCD相機(jī)采樣，通過(guò)兩個(gè)分別與水平面左右傾斜45°的柱面鏡將照明光源 成像為左右傾斜45°的光條紋，而兩個(gè)線陣CCD相機(jī)與柱面鏡方向(光條紋方向)垂直布 置，成像鏡頭再將線聚焦到并排排列且相互傾斜45度的CCD相機(jī)的靶面上。根據(jù)兩個(gè)方向 的光條紋與對(duì)應(yīng)線陣CCD的交點(diǎn)，結(jié)合視覺(jué)系統(tǒng)參數(shù)，可以計(jì)算出被觀測(cè)照明光源的位置。圖1中所示A、C、D之間相對(duì)位置不變，AB從12. 615 11. 415米變化，BC從5. 88 7. 08米變化，其中B為Bl與B2連線的中點(diǎn)；測(cè)量范圍士450mmX 士450mm ；測(cè)量精度D、B 點(diǎn)均為0. 2mm。圖2中所示實(shí)施例，該測(cè)量系統(tǒng)中還設(shè)置有獨(dú)立的二次電源模塊，實(shí)現(xiàn)與火 車主電源隔離和濾波。降低主電源由于發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)變化引起的電源波動(dòng)和電磁干擾，可以 保護(hù)測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)各電氣模塊。還包括前后電子擺，前電子擺18與D點(diǎn)在同一位置，后電子 擺19與設(shè)置在Bl和B2中間。嵌入式處理平臺(tái)15是測(cè)量系統(tǒng)的控制核心，它通過(guò)信號(hào)線 纜16發(fā)出四臺(tái)CCD相機(jī)同步采圖信號(hào)，同時(shí)同步采集前后電子擺18、19的數(shù)據(jù)和各測(cè)量小 車位移數(shù)據(jù)，組合所有的數(shù)據(jù)計(jì)算測(cè)量裝置所在位置的軌道參數(shù)，并通過(guò)太網(wǎng)接口 17向搗 固車主控系統(tǒng)發(fā)送計(jì)算結(jié)果。本發(fā)明還公開一種搗固車光電測(cè)量方法，該方法將四臺(tái)CCD相機(jī)和各自前端對(duì)應(yīng) 的光學(xué)成像透鏡設(shè)置于中部測(cè)量小車上，將照明光源分別設(shè)置于前部測(cè)量小車的前方及后 部測(cè)量小車后方的左右兩側(cè)，前排的兩臺(tái)CCD相機(jī)采集前部測(cè)量小車的前方的照明光源的 信號(hào)，后排的兩臺(tái)CCD相機(jī)采集后部測(cè)量小車后方的左右兩側(cè)及終部測(cè)量小車的后方的照 明光源的信號(hào)；在前部測(cè)量小車的前方的照明光源處設(shè)置前電子擺，在后部測(cè)量小車后方 的左右兩側(cè)的照明光源的中間處設(shè)置后電子擺；通過(guò)嵌入式處理平臺(tái)經(jīng)信號(hào)線纜發(fā)出四臺(tái) CCD相機(jī)同步采圖信號(hào)，同時(shí)同步采集前后電子擺的數(shù)據(jù)和小車位移數(shù)據(jù)，然后四臺(tái)CCD相 機(jī)將同步拍攝的照明光源對(duì)應(yīng)的光學(xué)成像透鏡成像后的圖像數(shù)據(jù)一起發(fā)送到嵌入式處理 平臺(tái)中進(jìn)行耦合分析，組合所有的數(shù)據(jù)計(jì)算出鐵軌線路的幾何位置的軌道參數(shù)，并通過(guò)以 太網(wǎng)接口向搗固車主控系統(tǒng)發(fā)送計(jì)算結(jié)果。其流程圖如圖3所示，具體步驟如下(1)通過(guò)以太網(wǎng)接口接收搗固車主控系統(tǒng)發(fā)出的指令，完成對(duì)C⑶相機(jī)、照明光 源、二次電源模塊配置，以及軌道參數(shù)初始化等工作，準(zhǔn)備好進(jìn)行圖像采集和處理。(2)嵌入式處理平臺(tái)發(fā)出同步工作命令，四臺(tái)CCD相機(jī)同步采集各照明光源圖像； 同時(shí)采集前后電子擺和各測(cè)量小車位置數(shù)據(jù)。(3)組合CXD相機(jī)7和CXD相機(jī)8的圖像，計(jì)算照明光源D在鐵軌斷面上相對(duì)中部 測(cè)量小車4位置；組合CXD相機(jī)9和CXD相機(jī)10圖像，計(jì)算照明光源Bi、B2,以及A(四點(diǎn) 法時(shí))在鐵軌斷面上相對(duì)中部測(cè)量小車4位置；組合四個(gè)照明光源間的相對(duì)位置變化，計(jì)算 中部測(cè)量小車的姿態(tài)變化，對(duì)計(jì)算出的照明光源位置進(jìn)行補(bǔ)償修正。(4)通過(guò)前后電子擺的數(shù)據(jù)獲得軌道斷面與當(dāng)?shù)卮咕€的夾角。(5)由于光源間相對(duì)位置是固定的，根據(jù)中部測(cè)量小車4的位置，可以計(jì)算出中部 測(cè)量小車4與各照明光源的距離。組合四個(gè)光源在鐵軌斷面上相對(duì)中部測(cè)量小車4的位置， 可以計(jì)算出中部測(cè)量小車4所在位置處鐵軌的正矢。(6)根據(jù)電子擺指示的角度，組合照明光源Bl和B2高度差，以及中測(cè)量小車4與 照明光源Bi、B2小車距離，可以計(jì)算出中測(cè)量小車4位置兩側(cè)鐵軌的超高。
(7)將計(jì)算得到的正矢和超高，通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送到搗固車主控系統(tǒng)。圖4為BD段鐵軌正矢r計(jì)算原理圖。通過(guò)(XD相機(jī)9和10拍攝的圖像分別計(jì)算 出照明光源Bl和B2相對(duì)C處CCD相機(jī)9和10的位置在水平上投影，求平均后獲得后部測(cè) 量小車鐵軌中心處與中部測(cè)量小車鐵軌中心在水平方向位置差Rb ；通過(guò)CCD相機(jī)7和8拍 攝的圖像計(jì)算出照明光源D相對(duì)C處CCD相機(jī)7和8的位置在水平方向投影，得到前部測(cè) 量小車鐵軌中心處與中部測(cè)量小車鐵軌中心在水平方向位置差Rd ；中部測(cè)量小車的C處正矢(矢距)r = (Rb-Rd) *Ldc/ (Ldc+Lbc) +Rd圖5為中部測(cè)量小車超高h(yuǎn)計(jì)算原理圖。假設(shè)電子擺測(cè)量的后測(cè)量小車傾斜角為 θ，L12為照明光源Bl和Β2的安裝間距，Lr為鐵軌軌距，Η12為Bl和Β2相對(duì)中部測(cè)量小 車C處測(cè)量得到的高度差。中部測(cè)量小車C處超高h(yuǎn) = Lr* (tg θ +H12/L12)采用本發(fā)明的光電測(cè)量方法可以克服鋼絲磨損后產(chǎn)生系統(tǒng)測(cè)量誤差的缺點(diǎn)，提供 高精度、高速度的鐵軌參數(shù)測(cè)量結(jié)果。由于測(cè)量速度快，可以利用多次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析和 處理后再給出最終測(cè)量值，提高測(cè)量結(jié)果對(duì)環(huán)境振動(dòng)的抗干擾能力。優(yōu)選地，將四臺(tái)帶鏡頭的C⑶相機(jī)、嵌入式處理平臺(tái)、信號(hào)線纜、以太網(wǎng)口等統(tǒng)一 密閉封裝到一個(gè)箱體中，可滿足火車車體外部安裝要求。每個(gè)照明光源都單獨(dú)密閉封裝，可 滿足火車車體外部安裝要求。應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實(shí)施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明 創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說(shuō)明書參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明創(chuàng) 造已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行修改 或者等同替換，總之，一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)，包括前、中、后三部測(cè)量小車，還包括光學(xué)成像透鏡、CCD相機(jī)和照明光源，所述光學(xué)成像透鏡和CCD相機(jī)均設(shè)置于中部測(cè)量小車中，所述照明光源為三個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)光源，分別設(shè)置于前部測(cè)量小車的前方及后部測(cè)量小車后方的左右兩側(cè)；所述CCD相機(jī)呈2*2前后并排排列，每臺(tái)CCD相機(jī)前端均設(shè)置有一個(gè)光學(xué)成像透鏡，前排CCD相機(jī)采集前部測(cè)量小車的前方的照明光源的信號(hào)，后排CCD相機(jī)采集后部測(cè)量小車后方的左右兩側(cè)的照明光源的信號(hào)，其特征在于，還包括嵌入式處理平臺(tái)和信號(hào)電纜，所述CCD相機(jī)均通過(guò)信號(hào)電纜與嵌入式處理平臺(tái)相連，所述信號(hào)線纜中含有保證四臺(tái)CCD相機(jī)在同一時(shí)刻開始拍攝圖像的同步信號(hào)線，所述嵌入式處理平臺(tái)通過(guò)信號(hào)線纜發(fā)出四臺(tái)CCD相機(jī)同步采圖信號(hào)，所述四臺(tái)CCD相機(jī)將同步拍攝的照明光源對(duì)應(yīng)的光學(xué)成像透鏡成像后的圖像數(shù)據(jù)一起發(fā)送到嵌入式處理平臺(tái)中進(jìn)行耦合分析，計(jì)算出鐵軌線路的幾何位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算鐵軌線路的幾 何位置包括計(jì)算各照明光源相對(duì)中部測(cè)量小車的位置，組合各照明光源間的相對(duì)位置變 化，對(duì)計(jì)算出的照明光源位置進(jìn)行補(bǔ)償修正，從而計(jì)算出軌道的曲率和高度差以得到鐵軌 線路參數(shù)，所述鐵軌線路參數(shù)包括線路的方向、線路的縱平和作業(yè)后線路的超高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，還包括終部測(cè)量小 車，所述照明光源還包括設(shè)置于終部測(cè)量小車的后方的第四個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)光源，后排CCD相機(jī) 還同步采集該第四個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)光源的信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述照明光源為激光光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述CCD相機(jī)采用數(shù) 字輸出式線陣CCD相機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述CCD相機(jī)具有可根據(jù) 外部命令控制拍攝時(shí)刻的外觸發(fā)模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)成像透鏡包括 標(biāo)準(zhǔn)成像鏡頭和柱透鏡，所述柱透鏡先將接收到的照明光源的光錐面匯聚成一條線，標(biāo)準(zhǔn) 成像鏡頭再將線聚焦到并排排列且相互傾斜45度的CCD相機(jī)的靶面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，還包括獨(dú)立的用于實(shí)現(xiàn) 與火車主電源隔離和濾波的二次電源模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，還包括前后電子擺，前電 子擺與前部測(cè)量小車的前方的照明光源在同一位置，后電子擺與后部測(cè)量小車后方的左右 兩側(cè)的照明光源的中間，嵌入式處理平臺(tái)通過(guò)信號(hào)線纜發(fā)出四臺(tái)C⑶相機(jī)同步采圖信號(hào)的 同時(shí)，同步采集前后電子擺的數(shù)據(jù)和測(cè)量小車位移數(shù)據(jù)，組合所有的數(shù)據(jù)計(jì)算照明光源所 在位置的軌道參數(shù)，并通過(guò)太網(wǎng)接口向搗固車主控系統(tǒng)發(fā)送計(jì)算結(jié)果。
10.一種搗固車光電測(cè)量方法，將四臺(tái)CCD相機(jī)和各自前端對(duì)應(yīng)的光學(xué)成像透鏡設(shè)置 于中部測(cè)量小車上，將照明光源分別設(shè)置于前部測(cè)量小車的前方及后部測(cè)量小車后方的左 右兩側(cè)，前排的兩臺(tái)CCD相機(jī)采集前部測(cè)量小車的前方的照明光源的信號(hào)，后排的兩臺(tái)CCD 相機(jī)采集后部測(cè)量小車后方的左右兩側(cè)的照明光源的信號(hào)，其特征在于，通過(guò)嵌入式處理 平臺(tái)經(jīng)信號(hào)線纜發(fā)出四臺(tái)CCD相機(jī)同步采圖信號(hào)，然后四臺(tái)CCD相機(jī)將同步拍攝的照明光 源對(duì)應(yīng)的光學(xué)成像透鏡成像后的圖像數(shù)據(jù)一起發(fā)送到嵌入式處理平臺(tái)中進(jìn)行耦合分析，計(jì)算出鐵軌線路的幾何位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的搗固車光電測(cè)量方法，其特征在于，在測(cè)量之前還包括初 始步驟，所述初始步驟為嵌入式處理平臺(tái)通過(guò)以太網(wǎng)接口接收搗固車主控系統(tǒng)發(fā)出的指 令，完成對(duì)CCD相機(jī)、照明光源、電源配置，以及軌道參數(shù)初始化工作以準(zhǔn)備好進(jìn)行圖像采 集和處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的搗固車光電測(cè)量方法，其特征在于，在前部測(cè)量小車的前 方的照明光源處設(shè)置前電子擺，在后部測(cè)量小車后方的左右兩側(cè)的照明光源的中間處設(shè)置 后電子擺；所述初始步驟之后嵌入式處理平臺(tái)還發(fā)出同步工作命令，在四臺(tái)CCD相機(jī)同步 采集各照明光源圖像的同時(shí)嵌入式處理平臺(tái)還采集前后電子擺和測(cè)量小車位置數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12之一所述的搗固車光電測(cè)量方法，其特征在于，嵌入式處理 平臺(tái)進(jìn)行耦合分析包括計(jì)算各照明光源相對(duì)中部測(cè)量小車的位置，組合各照明光源間的相 對(duì)位置變化，對(duì)計(jì)算出的照明光源位置進(jìn)行補(bǔ)償修正，及計(jì)算出中部測(cè)量小車所在位置處 鐵軌的正矢和超高。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的搗固車光電測(cè)量方法，其特征在于，還包括終部測(cè)量小車， 所述照明光源還包括設(shè)置于終部測(cè)量小車的后方的第四個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)光源，后排CCD相機(jī)還同 步采集該第四個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)光源的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括前、中、后三部測(cè)量小車，光學(xué)成像透鏡、CCD相機(jī)和照明光源，還包括嵌入式處理平臺(tái)和信號(hào)電纜，CCD相機(jī)均通過(guò)信號(hào)電纜與嵌入式處理平臺(tái)相連，信號(hào)線纜中含有保證四臺(tái)CCD相機(jī)在同一時(shí)刻開始拍攝圖像的同步信號(hào)線，嵌入式處理平臺(tái)通過(guò)信號(hào)線纜發(fā)出四臺(tái)CCD相機(jī)同步采圖信號(hào)，四臺(tái)CCD相機(jī)將同步拍攝的照明光源對(duì)應(yīng)的光學(xué)成像透鏡成像后的圖像數(shù)據(jù)一起發(fā)送到嵌入式處理平臺(tái)中進(jìn)行耦合分析，計(jì)算出鐵軌線路的幾何位置。該搗固車光電測(cè)量系統(tǒng)能夠更好地適應(yīng)搗固車現(xiàn)場(chǎng)要求，提高測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01B11/255GK101982609SQ201010286148
公開日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者劉學(xué)海, 盧明舫, 張勇, 金剛 申請(qǐng)人:北京凌云光視數(shù)字圖像技術(shù)有限公司;襄樊金鷹軌道車輛有限責(zé)任公司